איך בוחרים דיודות המתאימות לממירים פוטו-וולטאיים?

一, תפקיד הליבה של דיודות בממירים פוטו-וולטאיים
ממירים פוטו-וולטאיים מורכבים בעיקר ממעגלי בוסט, גשרי ממירים ומעגלי סינון. ניתן לסווג את הפונקציות של דיודות לשלוש קטגוריות:
הגנה נגד זרימה חוזרת: במעגל החיזוק, דיודות ומשרנים משתפים פעולה כדי למנוע מזרימת זרם לאחור לפגוע בצינור המתג. לדוגמה, במעגל Boost Boost, דיודת ההתאוששות המהירה צריכה לעמוד במתח של 400V וזרם של 11A כדי להבטיח העברת אנרגיה חד-כיוונית.
מניעה ובקרה של נקודות חמות: בממיר מיתר, דיודת המעקף מחוברת במקביל למחרוזת הסוללה. כאשר סוללה מסוימת חסומה, הדיודה מוליכה לקצר-את הסוללה הפגומה, תוך הימנעות מצריכת אנרגיה על ידי נקודות חמות. נתוני הבדיקה של רכיב 280W מראים כי לאחר הגדרת דיודה עוקפת, הטמפרטורה באזור הנקודה החמה ירדה מ-185 מעלות ל-65 מעלות, ואובדן היעילות ירד מ-32% ל-5%.
סיבוב חופשי של גשר אינוורטר: במעגל מהפך גשר מלא, דיודת הגלגל החופשי מספקת נתיב גלגל חופשי לזרם המשרן כדי למנוע נזק לטרנזיסטור המיתוג עקב קוצים במתח. מיקרו-מהפך מסוים מאמץ את דיודת התאוששות המהירה HER108 (זמן התאוששות 75ns), מה שמפחית את הפסדי המיתוג ב-40%.
2, שבעה פרמטרים ליבה לבחירת דיודה
1. מתח מדורג (VRRM)
יש צורך לעמוד במרווח של פי 1.5-2 מהמתח ההפוך המרבי של המערכת הפוטו-וולטאית. אם לוקחים 60 מודולי סוללה כדוגמה, מתח המעגל הפתוח (Voc) הוא בערך 40V. בהתחשב במקדם הטמפרטורה (-0.38%/מעלה) ומספר החיבורים הסדרתיים, המתח ההפוך המרבי בכניסת המהפך יכול להגיע ל-600V. לכן, יש לבחור דיודות עם VRRM גדול או שווה ל-800V, כגון IDH10G120C5S (1200V/10A) של Infineon.
2. זרם מדורג (IF)
הבחירה צריכה להתבסס על פי 1.2-1.5 מזרם ההפעלה המקסימלי של המערכת הפוטו-וולטאית. אם לוקחים רכיב של 250W כדוגמה, זרם המעגל הקצר (Isc) הוא 8.5A. לאחר בחינת השוליים, יש לבחור דיודה עם IF גדול או שווה ל-12.75A. מיקרו מהפך מסוים מאמץ את STF20NM60D MOSFET עם דיודה מובנית (IF=20A) ועובר בהצלחה את מבחן עומס יתר של 200%.
3. מפל מתח חיובי (VF)
על כל ירידה של 0.1V ב-VF, יעילות הרכיב עולה ב-0.3%. היישום של-חומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי מפחית באופן משמעותי את VF:
דיודת סיליקון: VF ≈ 0.7V (כגון 1N4007)
דיודת התאוששות מהירה במיוחד: VF ≈ 0.55V (כגון MUR860)
דיודת שוטקי סיליקון קרביד (SiC): VF ≈ 0.35V (כגון C3D08060A)
לאחר אימוץ דיודות SiC במהפך מרכזי מסויים בהספק של 500kW, ייצור החשמל השנתי גדל ב-2.1%, השווה לייצור חשמל נוסף של 10500kWh בשנה.
4. זמן התאוששות הפוך (trr)
ביישומי מתג-תדר גבוה, TRR משפיע ישירות על יעילות המערכת. דיודות סיליקון מסורתיות יכולות להשיג TRR של כמה מאות ננו-שניות, בעוד שדיודות SiC יכולות לקצר אותו לפחות מ-10ns. נתוני הבדיקה של מהפך מסדרה מסוימת מראים שהחלפת דיודות התאוששות מהירה בדיודות SiC מפחיתה את הפסדי המיתוג ב-65% ומשפרת את יעילות המערכת ב-0.8%.
5. התנגדות תרמית (Rth)
התנגדות תרמית משקפת את יכולת פיזור החום ומשפיעה ישירות על תוחלת החיים של המכשיר. מהפך 20kW משתמש בדיודות SiC ארוזות ב-TO-247 (Rth=0.5 מעלות /W), מה שמפחית את טמפרטורת הצומת ב-40 מעלות ומאריך את תוחלת החיים הצפויה פי שלושה בהשוואה לדיודות סיליקון ארוזות ב-TO-220 (Rth=1.2 מעלות /W).
6. טמפרטורת עבודה (Tj)
מערכות פוטו-וולטאיות מתמודדות לעתים קרובות עם סביבות קיצוניות הנעות בין -40 מעלות ל-85 מעלות. טמפרטורת צומת העבודה של דיודות SiC יכולה להגיע ל-200 מעלות, בעוד שדיודות סיליקון מוגבלות בדרך כלל ל-150 מעלות. לאחר אימוץ דיודות טמפרטורת צומת רחבות, שיעור הכשל של תחנת כוח פוטו-וולטאית מדברית ירד מ-0.8% לשנה ל-0.2% לשנה.
7. טופס אריזה
בחר לפי שטח ההתקנה ופיזור החום:
מערכות מבוזרות קטנות: אנקפסולציה SMB/SMD (כגון SS14)
מהפך מחרוזת: חבילת TO-220/TO-247
מהפך מרכזי: אריזת מודול D2PAK/IPM
3, פרקטיקה בתעשייה ומקרים טיפוסיים
1. הפתרון הפוטו-וולטאי החכם של Huawei
מהפך Huawei SUN2000-50KTL מאמץ מודול SiC היברידי בפיתוח עצמי, המשלב 6 1200דיודות SiC V/20A. נתוני הבדיקה בפועל מראים כי:
יעילות מרבית 98.65%
יעילות אירופית 98.4%
הנחתה של 10 שנים<2%
תכנית זו יושמה על תחנת הכוח הפוטו-וולטאית של 300MW בטלאטן, צ'ינגהאי, עם מערכת יחסי ציבור (יחס ביצועים) של 84.7%
2. מהפך מחרוזת אספקת כוח Sunshine
מהפך SG125HV מאמץ את טכנולוגיית "טופולוגיה תלת-+דיודית SiC", עם הפרמטרים המרכזיים הבאים:
טווח מתח כניסה: 500-1500V
יעילות מקסימלית של 99%
ערוצי MPPT: 12 ערוצים
תצורת דיודה: כל MPPT מצויד ב-2 600דיודות שחזור מהיר במיוחד של V/15A
מוצר זה אושר על ידי T Ü V Rheinland IEC 62109 ופעל במשך 3 שנים בתחנת כוח של 200MW בברזיל ללא רישומי כשלים בדיודה.
3. Guriwatt Micro Inverter
מהפך המיקרו MID 1500-2000TL3-X מאמץ עיצוב משולב:
צפיפות הספק: 1.2kW/L
תצורת דיודה: 4 60דיודות V/10A Schottky (גודל חבילה SOD-123FL)
רמת הגנה: IP67
מוצר זה עבר את הסמכת UL1741 והוא פועל כבר 5 שנים בפרויקט גג מגורים בקליפורניה, ארה"ב, עם שיעור כשל דיודה של<0.01%.
4, תפיסות מוטעות ופתרונות בבחירה
1. תפיסה שגויה 1: הזנחת השפעת מקדם הטמפרטורה
יצרן אינוורטר מסוים השתמש בדיודות קונבנציונליות בפרויקטים-בגובה רב, וכתוצאה מכך טמפרטורת צומת מוגזמת בקיץ. פִּתָרוֹן:
בחר התקני טמפרטורה רחבה עם Tj גדול מ-175 מעלות או שווה ל-175 מעלות
שימוש בסימולציה תרמית כדי לייעל את עיצוב פיזור החום
הגבר את ניטור הטמפרטורה והגנה מפני הורדה
2. תפיסה שגויה 2: רדיפה מוגזמת אחר עלות נמוכה
פרויקט מבוזר מסוים השתמש בדיודות שאינן בדרגת רכב, מה שהביא לשיעור כשל של 15% בתוך 3 שנים. פִּתָרוֹן:
תן עדיפות למכשירים עם אישור AEC-Q101
בקש מספקים לספק נהלי אישור חלקי ייצור של PPAP
יישם 100% בדיקת רנטגן- של חומרים נכנסים
3. תפיסה שגויה 3: התעלמות מעיצוב מדרדר
מהפך מרכזי חווה התחממות יתר של דיודה ונזק במהלך פעולת עומס מלא. פִּתָרוֹן:
על פי תקן IEC 60146-1-1 לתכנון הורדה:
הורדת מתח: 70% VRRM
הורדה נוכחית: IF 60%.
הורדת כוח: 50% PDM